본 연구 대상종인 모래주사는 환경부지정 멸종위기 야생생물 II급으로 지정되어 보호받고 있는 한국 고유종이다. 모래주사의 분포현황, 기초 생물학적 특성을 조사하여 서식처 관리와 서식처 내 보전을 위한 자료를 제공하고 본 종에 대한 보전 방안의 기초자료를 얻고자 하였다. 또한 혼인색의 차이를 보인 집단 간 비교를 통해 분류학적 특성을 명확히 하고자 하였다. 조사는 2011년부터 2016년까지 주로 섬진강 수계인 전북 임실군 신평면 덕암리에서 진행되었으며 집단 간 비교를 위해 낙동강 수계인 경북 문경시 영순면 포내리와 경북 영양군 영양읍 현리에서 조사하였다.
모래주사의 분포는 섬진강과 낙동강 수계에서 출현하였다. 섬진강 수계에서는 2011년 이전에 비해 2012년부터 출현지점이 증가하였다. 반면 낙동강 수계에 경우 2011년 이전에 비해 2012년부터 낙동강 본류 지역인 봉화, 양천(합천), 남강(산청, 진주), 계천(진주), 남사천(진주), 황강(합천), 안림천(고령), 밀양강(밀양), 선동천(하동)에서 출현이 확인되지 않아 출현지점이 감소하였다.
산란시기는 비만도 지수와 조직학적 관찰을 통해 4∼5월로 추정되며 산란성기는 5월로 확인되었다. 포란수는 2,041∼4,404개 (3,331±1,046)이며 난경은 0.64∼0.78 ㎜ (0.70±0.03)이였다. 수정난은 구형의 분리 침성난으로 난 발생 과정은 수정 10분 후 난경은 1.8±0.14 ㎜이었으며 23℃의 수온에서 29시간 후 부화하였다. 부화 직후 전기자어의 크기는 2.2±0.48 ㎜로 난황은 부화 후 4일이 지나 모두 흡수되어 후기자어기에 진입하였다. 부화 후 60일이 지난 치어 전장은 24.4 ㎜로 두부의 양안 간격부가 오목해져 주둥이가 돌출되기 시작했으며 꼬리지느러미의 형태가 성어와 유사하였다.
자연산란장은 주로 큰 돌이 주변을 둘러싸고 그 사이에 넓고 편평한 작은돌과 자갈이 채워진 형태를 보였으며 수심은 35∼55 ㎝이였고 유속은 0.61∼0.86 m/s로 확인되었다. 돌 사이사이에 끼어 들어간 난들이 위치한 바닥의 유속은 0.40 m/s로 산란장 유속에 비해 급격하게 느려졌다. 이러한 특징은 수정난이 유속으로부터 떠내려가는 것을 방지하고 충분한 용존산소를 제공받으며 은신처로 이용하기 위한 전략으로 추정된다.
산란행동은 자연조건에서 휴식, 유혹, 자극, 평행유영, 수직유영, 암컷의 산란회피, 경쟁의 7가지 행동의 산란 전 단계와 수컷이 뒷지느러미를 휘면서 암컷의 하복부를 감아 산란하는 산란단계를 보였다. 그리고 산란 이후에는 알을 보호하는 행동을 보이지 않았다. 반면 인위적 조건인 수조 내에서 관찰은 산란과 산란 후 단계가 자연 상태에서 보인 행동과 유사하였으나 산란 전 단계에 비해 휴식, 유혹, 자극, 평행유영의 4가지 행동을 보여 차이를 보였다. 이와 같은 차이는 제한된 공간으로 인한 행동적 제약에 의해 나타난 결과로 추정된다.
난막은 난소 내 여포세포층에 의해 둘러싸여 있었으며 배란된 난의 난막 외층은 부착성 구조물이 없는 무구조형의 구조를 가졌다. 두께는 약 0.6 ㎛로 얇은 편이었으며 전자밀도가 서로 다른 두 층으로 외층과 내층을 확인하였다. 난문의 지름은 약 6 ㎛로 외경이 내경보다 큰 깔때기 모양(funnel-shape)을 가졌다. 정자는 핵과 미토콘드리아 그리고 한 개의 편모로 구성되었으며 편모의 미세소관은 9쌍의 주변미소관(doublet microtuble)과 2개의 중심미소관(central microtuble)으로 전형적인 9+2 구조를 가졌다. 두부의 크기와 편모의 크기는 각각 1.7∼2.2 ㎛ (1.9±0.1)와 32.1∼36.9 ㎛ (34.2±1.4) 이었다. 난막은 산란장에서 돌 사이사이에 끼어 들어간 난의 특징을 잘 반영하였다.
모래주사 집단 간 계수·계측형질에서 뚜렷한 차이를 확인하지 못하였으며 혼인색에 경우 몸 중앙부분에 나타나는 띠가 붉은색이나 주황색에 가까운 색상을 가져 붉은 계열의 발색에서 차이를 보였다. 한편 추성은 발달하지 않았다. 염색체 분석은 두 집단 모두 배수체 염색체가 50개인 중기상이 가장 높은 빈도로 관찰되었다. 핵형은 2n=13m+12smst 으로 metacentric 염색체가 13쌍, submeta-subtelocentric 염색체가 12쌍으로 구성되었으며, FN=100 이었다. Cytochrome b gene의 염기 서열은 집단 간에 높은 bootstrap 값으로 두 집단으로 구분되었으며 p-distance 값은 3.5%의 유전적 거리를 보였다.
담수어류의 주요 위험요인은 서식처 파괴이며 직접적인 서식처 파괴, 농업용수 등의 하천 이용, 댐 건설 그리고 외래종에 의해 발생한다. 현재 섬진강 임실 지역에 경우 어로행위, 폐수와 같은 서식처 파괴가 발생하고 있으며 외래도입종인 배스가 지속적으로 관찰되고 있어 서식처에 대한 관심과 지역민 교육 및 법률 개정 등의 적극적인 노력이 필요하다. 또한 향후 대체서식처를 선정하고 치어 방류를 위해 지속적인 인공증식에 관한 연구가 요구된다.

Microphysogobio koreensis is an endemic Korean freshwater fish that is protected as an endangered fish by the Ministry of Environment in South Korea. In the present study, we attempted to investigate the distribution status and basic biological characteristics of M. koreensis to obtain useful information for its conservation. In addition, we tried to clarify the taxonomic characteristics by comparing the differences in nuptial coloration. The survey was carried out from 2011 to 2016 at the following regions: 1) Deokam-ri, Shinpyeong-myeon, Imsil-gun, Jeollabuk-do (Seomjingang River system), 2) Ponae-ri, Yeongsoon-myeon, Mungyeong-si, Gyeongsangbuk-do and, 3) Hyeon-ri, Yeongyang-eup, Yeongyang-gun, Gyeongsangbuk-do (Nakdonggang River system).
The distribution of M. koreensis occurred in the Seomjingang and Nakdonggang Rivers. In the Seojingang River system, the number of appearance sites increased from 2012 compared to the years prior to 2011. On the other hand, in the Nakdonggang River system, the number of appearance sites decreased. The main streams orginating from the Nakdonggang river are Sangju, Bonghwa, Yangcheon Stream (Hapcheon-gun), Namgang River (Jinju-si), Hwanggang River (Hadong-gun), Anrimcheon Stream (Hapcheon-gun), Miryanggang River (Miryang-si), Seondongcheon Stream (Hadong-gun). All streams were converted into an aquatic ecosystem due to the construction of the Nakdonggang River, which is considered a bad environment for M. koreensis.
Though condition index and histological observation, the spawning season was estimated to from April to May, with peak spawning occurring in May. The range of fecundity was from 2,041 to 4,404 (3,331±1,046) and the egg diameter ranged from 0.64∼0.78 ㎜ (0.70±0.03). The fertilized eggs were spherical, separated demersal and 1.8±0.14 ㎜ in diameter. The hatching of the embryos typically began at approximately 29 hours after fertilization at a water temperature of 23℃. The newly hatched pre-larvae were 2.2±0.48 ㎜ in total length. At 4 days after hatching, the yolk sac was completely absorbed and the pre-larvae entered a post-larvae stage. At 60 days after hatching, the total length reached 24.4 ㎜, the interorbital width in the head became concave, the snout began to protrude and shape of the caudal fin was similar to adult fish.
The spawning grounds were mainly surrounded by large stones and filled with flat stones and gravel, had a depth of 35∼55 ㎝ and velocity of 0.61∼0.86 m/s. The fertilized eggs were deposited on the surface between pebble and stone substrates where the velocity was 0.40 m/s at the bottom, which is much slower than the spawning ground velocity. This feature may be a strategy for avoiding drifting of the fertilized eggs, providing sufficient dissolved oxygen and may also be used as a hiding area from predators.
In the wild, the spawning behaviors of M. koreensis displayed 7 behavioral patterns spanning the pre-spawning stage, which consist of: 1) resting, 2) male chase, 3) body beating, 4) parallel swim 5) vertical swim 6) female withdrawal and 7) male competition. The male bends its body towards the belly of the female and the female simultaneouslybends its body towards the male. After spawning, the parents did not seem to guard the fertilized eggs. These observations of the different stages spawning and post-spawning were similar in a glass. However, the pre-spawning stage as observed in a glass tank only showed 4 behavioral patterns: 1) resting, 2) male chase, 3) body beating and 4) parallel swimming. This difference may be due to behavioral restrictions in small and narrow indoor glass aquariums.
The egg envelope was surrounded by the follicle cell layer in the ovary. After ovulation, the outer layer of egg envelope had a no adherent structure. the thickness was approximately 0.6 ㎛, with two layers consisting of a zona radiata externa and zona radiata interna that had different electron densities. The micropyle had a diameter of about 6 ㎛ and possessed a funnel-shape. The spermatozoa consisted of a nucleus, some mitochondria and single flagella. The microtubules of the flagella had nine pairs of doublet microtubules and two pairs of central microtubules with a typical 9+2 structure. The size of sperm head and flagella were 1.7∼2.2 ㎛ (1.9±0.1) and 32.1∼36.9 ㎛ (34.2±1.4), respectively. The egg envelope reflected the spawning characteristics of fertilized eggs deposited between stones.
In the counts and measurements between the two populations of M. koreensis, were not significantly different. During spawning season, the fish show distinctive sexual dimorphism: males have a bright-orange body with a thick red horizontal line from the rear of the operculum to the caudal peduncle, a along with lateral line, while females have a dark brown body. In the case of nuptial coloration, the band appearing in the center part of the body has a color shade somewhere between red and orange, but is different from red per se. The color differences are reportedly associated with spawning behavior, female preferences and male fertility. On the other hand, a nuptial organ was not developed in these fishes. Chromosome analysis demonstrated 50 diploid chromosomes for the species, with two populations of M. koreensis not significantly different. The karyotype revealed 2n=13m+12smst, consisting of 13 metacentric (m) and 12 submeta-subtelocentric (smst) chromosomes with the total fundamental arm number determined as FN=100. Total arm length and arm ratio of the chromosomes were 1.8∼4.4 ㎛ and 0.4∼4.4, respectively. The nucleotide sequence of the cytochrome b gene was divided into two groups with high bootstrap values among the two populations and the p-distance value showed a genetic distance of approximately 3.5%.
The main threat to freshwater fishes are habitat destruction, which includes direct habitat destruction, agricultural water, dam construction and alien species. The Seomjingang River (Imsil-gun) has experienced habitat destruction in the form of fishery, wastewater and appearance of Micropterus salmoides. Therefore, we should actively protect to habitat and demonstrate active efforts such as local education and revision of laws. In addition, we believe that it is necessary to develop continuous artificial breeding in order to release juvenile fish in replacement habitats.